Obrazový kredit: NRAO
Fyzici teoretizovali Einstein téměř století, našli důkazy podporující teorii, že gravitační síla se pohybuje rychlostí světla. Variace v tom, jak byl obraz kvasaru ohnut, odpovídaly této rychlosti gravitace.
Vědci provedli výhodu vzácného kosmického zarovnání a provedli první měření rychlosti, při které se gravitační síla šíří, a daly číselnou hodnotu jedné z posledních neměřených základních konstant fyziky.
"Newton si myslel, že gravitační síla je okamžitá." Einstein předpokládal, že se pohyboval rychlostí světla, ale dosud to nikdo neměřil, “řekl Sergei Kopeikin, fyzik z Missouri-Columbia.
"Zjistili jsme, že rychlost šíření gravitace je stejná jako rychlost světla s přesností 20 procent," řekl Ed Fomalont, astronom na observatoři National Radio Astronomy Observatory (NRAO) v Charlottesville, VA. Vědci představili svá zjištění na setkání americké astronomické společnosti v Seattlu ve státě WA.
Měření orientačního bodu je důležité pro fyziky pracující na sjednocených teoriích pole, které se pokoušejí kombinovat fyziku částic s Einsteinovou obecnou teorií relativity a elektromagnetickou teorií.
"Naše měření omezuje teorii, která navrhuje další dimenze, jako je teorie superstrunu a teorie brandy," řekl Kopeikin. "Znalost rychlosti gravitace může poskytnout důležitý test existence a kompaktnosti těchto dalších rozměrů," dodal.
Teorie superstrunu navrhuje, že základní částice přírody nejsou podobné, ale spíše neuvěřitelně malé smyčky nebo struny, jejichž vlastnosti jsou určeny různými způsoby vibrací. Větve (slovo odvozené z membrán) jsou vícerozměrné povrchy a některé současné fyzikální teorie navrhují časoprostorové otroky zabudované do pěti dimenzí.
Vědci použili velmi dlouhý základní liniový systém National Science Foundation (VLBA), celoevropský radioteleskopický systém, spolu se 100 metrů rádiovým dalekohledem v německém Effelsbergu, aby provedli velmi přesné pozorování, když planeta Jupiter téměř prošla před jasným kvasarem 8. září 2002.
Pozorování zaznamenalo velmi mírné „ohýbání“ rádiových vln přicházejících z kvasaru na pozadí gravitačním účinkem Jupitera. Ohýbání vedlo k malé změně zjevné polohy kvasaru na obloze.
"Protože se Jupiter pohybuje kolem Slunce, přesné množství ohybu mírně závisí na rychlosti, jakou se gravitace šíří z Jupiteru," řekl Kopeikin.
Jupiter, největší planeta Sluneční soustavy, prochází dostatečně blízko k cestě rádiových vln z vhodně jasného kvasaru asi jednou za deset let, aby bylo možné takové měření provést, uvedli vědci.
Nebeské zarovnání jednou za deset let bylo posledním v řadě událostí, které umožňovaly měření rychlosti gravitace. Mezi další patřilo náhodné setkání dvou vědců v roce 1996, průlom v teoretické fyzice a vývoj specializovaných technik, které umožnily provést extrémně přesné měření.
"Nikdo se předtím nepokusil změřit rychlost gravitace, protože většina fyziků předpokládala, že jediný způsob, jak tak učinit, je odhalit gravitační vlny," vzpomněl si Kopeikin. V roce 1999 však Kopeikin rozšířil Einsteinovu teorii tak, aby zahrnovala gravitační účinky pohybujícího se těla na světelné a rádiové vlny. Účinky závisely na rychlosti gravitace. Uvědomil si, že pokud se Jupiter pohybuje téměř před hvězdou nebo rádiovým zdrojem, může otestovat jeho teorii.
Kopeikin studoval předpovídanou oběžnou dráhu Jupiteru na následujících 30 let a zjistil, že obří planeta projde dostatečně blízko před kvasarem J0842 + 1835 v roce 2002. Rychle si však uvědomil, že vliv na zjevnou polohu kvasaru na obloze lze připsat k rychlosti gravitace by byl tak malý, že jediná pozorovací technika, která je schopná měřit, byla velmi dlouhá základní linie (VLBI), technika ztělesněná ve VLBA. Kopeikin pak kontaktoval Fomalonta, předního odborníka na VLBI a zkušeného pozorovatele VLBA.
"Okamžitě jsem si uvědomil důležitost experimentu, který by mohl provést první měření základní konstanty přírody," řekl Fomalont. "Rozhodl jsem se, že musíme dát náš nejlepší výstřel," dodal.
Pro dosažení požadované úrovně přesnosti přidali oba vědci k pozorování dalekohled Effelsberg. Čím větší je vzdálenost mezi dvěma anténami dalekohledu, tím větší je rozlišovací schopnost, nebo schopnost vidět jemné detaily, dosažitelné. VLBA zahrnuje antény na Havaji, kontinentálních Spojených státech a St. Croix v Karibiku. Anténa na druhé straně Atlantiku přidala ještě větší rozlišovací schopnost.
"Museli jsme provést měření s asi třikrát větší přesností než kdokoli jiný, ale v zásadě jsme věděli, že se to dá udělat," řekl Fomalont. Vědci testovali a zdokonalovali své techniky v „suchých bězích“, pak čekali, až Jupiter udělá svůj průchod před kvasarem.
Čekání zahrnovalo značné kousání nehtů. Porucha zařízení, špatné počasí nebo elektromagnetická bouře na samotném Jupiteru mohla sabotovat pozorování. Štěstí však vydrželo a pozorování vědců při rádiové frekvenci 8 GigaHertz vytvořilo dostatek dobrých údajů pro jejich měření. Dosáhli přesnosti rovnající se šířce lidských vlasů z 250 mil daleko.
"Naším hlavním cílem bylo vyloučit nekonečnou rychlost gravitace a udělali jsme to ještě lépe." Nyní víme, že rychlost gravitace je pravděpodobně stejná jako rychlost světla a můžeme s jistotou vyloučit jakoukoli rychlost gravitace, která je vyšší než dvojnásobek rychlosti světla, “řekl Fomalont.
Většina vědců, řekl Kopeikin, se ulevilo, že rychlost gravitace je v souladu s rychlostí světla. "Věřím, že tento experiment vrhá nové světlo na základy obecné relativity a představuje první z mnoha dalších studií a pozorování gravitace, které jsou v současné době možné kvůli enormně vysoké přesnosti VLBI." O této zajímavé vesmírné síle a jejím vztahu k ostatním přírodním silám se musíme mnohem více dozvědět, “řekl Kopeikin.
Není to poprvé, kdy Jupiter hrál roli při vytváření měření základní fyzické konstanty. V roce 1675 Olaf Roemer, dánský astronom pracující v Pařížské observatoři, provedl první přiměřeně přesné určení rychlosti světla pozorováním zatmění jednoho z Jupiterových měsíců.
Původní zdroj: NRAO News Release
